Utilisation du quartz fondu dans le traitement des plaquettes de silicium

Le silicium de qualité semi-conducteur est le matériau de substrat de premier choix pour les applications électroniques avancées. Éléments constitutifs essentiels d’une gamme illimitée de composants microélectroniques, les plaquettes de silicium doivent d’abord être découpées dans des lingots monocristallins ou polycristallins. Le quartz fondu est une technologie clé pour l’industrie en pleine expansion des plaquettes de semi-conducteurs.

Actuellement évalué à plus de 9,85 milliards d’USD, le marché mondial des plaquettes de semi-conducteurs en silicium devrait connaître une croissance gigantesque dans les prochaines années. Selon les estimations, le secteur atteindra 13,64 milliards d’USD d’ici 2025.

Pour répondre à cette demande extraordinaire, les ingénieurs de procédés ont besoin de solutions durables et performantes à divers moments critiques du cycle de production. Les fibres de quartz fondues, les creusets en quartz et les composants en silice rigide sont de plus en plus utilisés pour répondre à la demande croissante de l’industrie électronique.

Dans cet article, Saint-Gobain Advanced Ceramic Composites étudie brièvement la façon dont les produits à base de quartz fondu sont utilisés dans la chaîne de production du traitement des plaquettes de silicium.

Traitement des plaquettes de silicium : des lingots aux plaquettes

Le processus de génération de plaquettes de silicium monocristallin (c-Si) sans défaut commence avec un seul cristal de graine de silicium et un four spécialisé. Une tige verticale portant le cristal de graine sur sa pointe est plongée dans une masse de silicium fondu, puis progressivement remontée avec un mouvement de rotation. Des éléments dopants sont ajoutés à la masse fondue pour moduler les propriétés électroniques du semi-conducteur. Ce matériau fondu se caractérise par des températures exceptionnelles au cours de la fabrication (1 425 °C), ce qui nécessite un creuset très stable, généralement à base de quartz fondu.

De grands lingots monocristallins, également appelés boules, sont obtenus en contrôlant soigneusement la vitesse de traction, la vitesse de rotation et les gradients de température. Des plaquettes sont ensuite extraites de ces boules à l’aide d’une série de procédés d’usinage, généralement par un sciage au fil diamanté suivi d’une planarisation chimico-mécanique (CMP) pour atteindre l’épaisseur et la planéité voulues pour les applications électroniques. Ces paramètres sont essentiels pour répondre à la demande de miniaturisation des appareils, de numérisation accrue et de forte mobilité électronique.

Avantages du quartz fondu dans le traitement des plaquettes

Les défis posés par le traitement des plaquettes de silicium tiennent surtout à ses besoins élevés en énergie et à des températures extrêmes. Ce processus est très sensible à toute perturbation chimique. Une politique de contamination zéro est donc de mise pour le traitement des plaquettes de silicium. C’est pourquoi le quartz fondu est un matériau de choix. En effet, sa chimie est très proche de celle du produit fabriqué. Avec un coefficient de dilatation thermique exceptionnellement bas, de l’ordre de 0,54 x 10–6/K–1, et une pureté supérieure à 99,99 %, le quartz fondu excelle dans ce type de conditions.

Les creusets en quartz fondu sont d’ailleurs la norme du secteur s’agissant de la croissance des cristaux via le procédé de Czochralski.

Lisez notre article précédent pour en savoir plus : Applications des creusets en quartz fondu

Les produits en quartz intermédiaires à base de fibres de SiO2 continues très pures (> 99,95 %), tels que les feutres et la laine de quartz, sont également couramment utilisés comme isolants thermiques dans le procédé de fabrication à base de silicium sur toute la chaîne de production de substrats visant des utilisations très spécialisées. Grâce au comportement mécanique des produits Quartzel® non tissés, à leurs propriétés d’isolation thermique et à leur chimie compatible, il est possible de concevoir différents types de systèmes d’isolation thermique à partir de systèmes simples (utilisation directe de feutres ou de laine de Quartzel®) ou des conceptions plus complexes telles que des déflecteurs chauffants (en combinant de la laine de quartz avec du verre de quartz).

Conservant toutes ces propriétés, auxquelles s’ajoute une réflectivité infrarouge (IR) sans précédent, SilPower®, notre produit de type céramique en fibres de quartz, s’est également révélé une alternative utile aux matériaux coûteux, comme l’or (qui s’érode progressivement avec le temps). SilPower® est un matériau de choix à combiner avec les lampes IR (domaine dans lequel son comportement s’est avéré globalement meilleur que celui de l’or) et, contrairement aux revêtements fins, il n’est pas affecté par le vide. Grâce à sa réflectivité diffuse, il permet des performances thermiques optimales dans les chambres de traitement des plaquettes, ce qui permet d’obtenir un suivi précis du gradient thermique. Il peut également être utilisé comme isolant thermique rigide, avec un pouvoir de blocage IR élevé, pour remplacer d’autres matériaux.

Globalement, les produits en quartz fondu offrent des performances améliorées sur des cycles de vie prolongés pour répondre à la demande toujours croissante de plaquettes de silicium monocristallin sans défaut.

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Saint-Gobain ACC: produits pour la production de silicium

Saint-Gobain Advanced Ceramic Composites est spécialisé dans les produits à base de quartz fondu de haute pureté pour le traitement des semi-conducteurs au silicium. Nous fournissons également une gamme de solutions adaptées à plusieurs autres secteurs du marché, dont l’aéronautique.

Vous pouvez aussi contacter un membre de l’équipe de Saint-Gobain ACC dès aujourd’hui pour toute question concernant les prix de notre quartz fondu ou nos offres de produits à base de quartz.

 
Référence : https://www.mordorintelligence.com/industry-reports/semiconductor-silicon-wafer-market